Détecter et reconnaître

La détection des traces pertinentes, pas toujours visibles, est le défi auquel le scientifique qui examine un champ d'investigation est systématiquement confronté : il cherche parfois des quantités infimes de matière qui dessinent des crêtes papillaires ou qui lui permettront d'extraire un profil d'ADN. Il cible ses recherches lorsque sur le lieu d'un incendie, l'odeur peut le diriger vers les restes d'un produit inflammable, lorsqu'il extrait des traces numériques pertinentes de gigantesques quantités d'informations ou lorsqu'il teste spécifiquement si une personne a consommé un produit. Le projet d'augmenter simultanément la capacité de détecter la présence de traces latentes et de reconnaître ce qui peut le mieux expliquer une présence ou une action combine nécessairement à la fois le développement de nouvelles techniques et leur intégration dans une approche globale du champ d'investigation dont les fondements sont encore à consolider.

Estudio Farmacogenético En Pacientes Con Carcinoma Rectal Tratados Con Quimorradioterapia Neoadyuvante Basada En Capecitabina

Estudio de los polimorfismos del gen de la timidilato sintasa y los genes reparadores del ADN ERCC1 y XRCC1 y su relación con la rdespuesta al tratamiento neoadyvante con qumiorradioterapia basada en capecitabin, en pacientes afecto de carcinoma colorrectal de localmente avanzado.

Análisis bioinformáticos sobre la tecnología Hadoop

Desde el inicio del proyecto del genoma humano y su éxito en el año 2001 se han secuenciado genomas de multitud de especies. La mejora en las tecnologías de secuenciación ha generado volúmenes de datos con un crecimiento exponencial. El proyecto Análisis bioinformáticos sobre la tecnología Hadoop abarca la computación paralela de datos biológicos como son las secuencias de ADN. El estudio ha sido encauzado por la naturaleza del problema a resolver. El alineamiento de secuencias genéticas con el paradigma MapReduce.

Developmental and Anatomical Constraints on Vertebrate Genome Evolution

Pendant ma thèse de doctorat, j'ai utilisé des espèces modèles, comme la souris et le poisson-zèbre, pour étudier les facteurs qui affectent l'évolution des gènes et leur expression. Plus précisément, j'ai montré que l'anatomie et le développement sont des facteurs clés à prendre en compte, car ils influencent la vitesse d'évolution de la séquence des gènes, l'impact sur eux de mutations (i.e. la délétion du gène est-elle létale ?), et leur tendance à se dupliquer. Où et quand il est exprimé impose à un gène certaines contraintes ou au contraire lui donne des opportunités d'évoluer. J'ai pu comparer ces tendances aux modèles classiques d'évolution de la morphologie, que l'on pensait auparavant refléter directement les contraintes s'appliquant sur le génome. Nous avons montré que les contraintes entre ces deux niveaux d'organisation ne peuvent pas être transférées simplement : il n'y a pas de lien direct entre la conservation du génotype et celle de phénotypes comme la morphologie. Ce travail a été possible grâce au développement d'outils bioinformatiques. Notamment, j'ai travaillé sur le développement de la base de données Bgee, qui a pour but de comparer l'expression des gènes entre différentes espèces de manière automatique et à large échelle. Cela implique une formalisation de l'anatomie, du développement et de concepts liés à l'homologie grâce à l'utilisation d'ontologies. Une intégration cohérente de données d'expression hétérogènes (puces à ADN, marqueurs de séquence exprimée, hybridations in situ) a aussi été nécessaire. Cette base de données est mise à jour régulièrement et disponible librement. Elle devrait contribuer à étendre les possibilités de comparaison de l'expression des gènes entre espèces pour des études d'évo-devo (évolution du développement) et de génomique. During my PhD, I used model species of vertebrates, such as mouse and zebrafish, to study factors affecting the evolution of genes and their expression. More precisely I have shown that anatomy and development are key factors to take into account, influencing the rate of gene sequence evolution, the impact of mutations (i.e. is the deletion of a gene lethal?), and the propensity of a gene to duplicate. Where and when genes are expressed imposes constraints, or on the contrary leaves them some opportunity to evolve. We analyzed these patterns in relation to classical models of morphological evolution in vertebrates, which were previously thought to directly reflect constraints on the genomes. We showed that the patterns of evolution at these two levels of organization do not translate smoothly: there is no direct link between the conservation of genotype and phenotypes such as morphology. This work was made possible by the development of bioinformatics tools. Notably, I worked on the development of the database Bgee, which aims at comparing gene expression between different species in an automated and large-scale way. This involves the formalization of anatomy, development, and concepts related to homology, through the use of ontologies. A coherent integration of heterogeneous expression data (microarray, expressed sequence tags, in situ hybridizations) is also required. This database is regularly updated and freely available. It should contribute to extend the possibilities for comparison of gene expression between species in evo-devo and genomics studies.

Regulation of the epithelial Na+ channel ENaC by Tsg101 in renal epithelial cells

Kidneys are the main regulator of salt homeostasis and blood pressure. In the distal region of the tubule active Na-transport is finely tuned. This transport is regulated by various hormonal pathways including aldosterone that regulates the reabsorption at the level of the ASDN, comprising the late DCT, the CNT and the CCD. In the ASDN, the amiloride-sensitive epithelial Na-channel (ENaC) plays a major role in Na-homeostasis, as evidenced by gain-of function mutations in the genes encoding ENaC, causing Liddle's syndrome, a severe form of salt-sensitive hypertension. In this disease, regulation of ENaC is compromised due to mutations that delete or mutate a PY-motif in ENaC. Such mutations interfere with Nedd4-2- dependent ubiquitylation of ENaC, leading to reduced endocytosis of the channel, and consequently to increased channel activity at the cell surface. After endocytosis ENaC is targeted to the lysosome and rapidly degraded. Similarly to other ubiquitylated and endocytosed plasma membrane proteins (such as the EGFR), it is likely that the multi-protein complex system ESCRT is involved. To investigate the involvement of this system we tested the role of one of the ESCRT proteins, Tsg101. Here we show that Tsg101 interacts endogenously and in transfected HEK-293 cells with all three ENaC sub-units. Furthermore, mutations of cytoplasmic lysines of ENaC subunits lead to the disruption of this interaction, indicating a potential involvement of ubiquitin in Tsg101 / ENaC interaction. Tsg101 knockdown in renal epithelial cells increases the total and cell surface pool of ENaC, thus implying TsglOl and consequently the ESCRT system in ENaC degradation by the endosomal/lysosomal system. - Les reins sont les principaux organes responsables de la régulation de la pression artérielle ainsi que de la balance saline du corps. Dans la région distale du tubule, le transport actif de sodium est finement régulé. Ce transport est contrôlé par plusieurs hormones comme l'aldostérone, qui régule la réabsorption au niveau de l'ASDN, segment comprenant la fin du DCT, le CNT et le CCD. Dans l'ASDN, le canal à sodium épithélial sensible à l'amiloride (ENaC) joue un rôle majeur dans l'homéostasie sodique, comme cela fut démontré par les mutations « gain de fonction » dans les gênes encodant ENaC, causant ainsi le syndrome de Liddle, une forme sévère d'hypertension sensible au sel. Dans cette maladie, la régulation d'ENaC est compromise du fait des mutations qui supprime ou mute le domaine PY présent sur les sous-unités d'ENaC. Ces mutations préviennent l'ubiquitylation d'ENaC par Nedd4-2, conduisant ainsi à une baisse de l'endocytose du canal et par conséquent une activité accrue d'ENaC à la surface membranaire. Après endocytose, ENaC est envoyé vers le lysosome et rapidement dégradé. Comme d'autres protéines membranaires ubiquitylées et endocytées (comme l'EGFR), il est probable que le complexe multi-protéique ESCRT est impliqué dans le transport d'ENaC au lysosome. Pour étudier l'implication du système d'ESCRT dans la régulation d'ENaC nous avons testé le rôle d'une protéine de ces complexes, TsglOl. Notre étude nous a permis de démontrer que TsglOl se lie aux trois sous-unités ENaC aussi bien en co-transfection dans des cellules HEK-293 que de manière endogène. De plus, nous avons pu démontrer l'importance de l'ubiquitine dans cette interaction par la mutation de toutes les lysines placées du côté cytoplasmique des sous-unités d'ENaC, empêchant ainsi l'ubiquitylation de ces sous-unités. Enfin, le « knockdown » de TsglOl dans des cellules épithéliales de rein induit une augmentation de l'expression d'ENaC aussi bien dans le «pool» total qu'à la surface membranaire, indiquant ainsi un rôle pour TsglOl et par conséquent du système d'ESCRT dans la dégradation d'ENaC par la voie endosome / lysosome. - Le corps humain est composé d'organes chacun spécialisé dans une fonction précise. Chaque organe est composé de cellules, qui assurent la fonction de l'organe en question. Ces cellules se caractérisent par : - une membrane qui leur permet d'isoler leur compartiment interne (milieu intracellulaire ou cytoplasme) du liquide externe (milieu extracellulaire), - un noyau, où l'ADN est situé, - des protéines, sortent d'unités fonctionnelles ayant une fonction bien définie dans la cellule. La séparation entre l'extérieure et l'intérieure de la cellule est essentielle pour le maintien des composants de ces milieux ainsi que pour la bonne fonction de l'organisme et des cellules. Parmi ces composants, le sodium joue un rôle essentiel car il conditionne le maintien de volume sanguin en participant au maintien du volume extracellulaire. Une augmentation du sodium dans l'organisme provoque donc une augmentation du volume sanguin et ainsi provoque une hypertension. De ce fait, le contrôle de la quantité de sodium présente dans l'organisme est essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme. Le sodium est apporté par l'alimentation, et c'est au niveau du rein que va s'effectuer le contrôle de la quantité de sodium qui va être retenue dans l'organisme pour le maintien d'une concentration normale de sodium dans le milieu extracellulaire. Le rein va se charger de réabsorber toutes sortes de solutés nécessaires pour l'organisme avant d'évacuer les déchets ou le surplus de ces solutés en produisant l'urine. Le rein va se charger de réabsorber le sodium grâce à différentes protéines, parmi elle, nous nous sommes intéressés à une protéine appelée ENaC. Cette protéine joue un rôle important dans la réabsorption du sodium, et lorsqu'elle fonctionne mal, comme il a pu être observé dans certaines maladies génétiques, il en résulte des problèmes d'hypo- ou d'hypertension. Les problèmes résultant du mauvais fonctionnement de cette protéine obligent donc la cellule à réguler efficacement ENaC par différents mécanismes, notamment en diminuant son expression et en dégradant le « surplus ». Dans cette travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mécanisme impliqué dans la dégradation d'ENaC et plus précisément à un ensemble de protéines, appelé ESCRT, qui va se charger « d'escorter » une protéine vers un sous compartiment à l'intérieur de la cellule ou elle sera dégradée.

Implication of DNA methylation and PAX5 factor in the transcriptional regulation of hTERT, the human telomerase reverse transcriptase gene

RESUME La télomérase est une enzyme dite "d'immortalité" qui permet aux cellules de maintenir la longueur de leurs télomères, ce qui confère une capacité de réplication illimitée aux cellules reproductrices et cancéreuses. A l'inverse, les cellules somatiques normales, qui n'expriment pas la télomérase, ont une capacité de réplication limitée. La sous-unité catalytique de la télomérase, hTERT, est définie comme le facteur limitant l'activité télomérasique. Entre activateurs et répresseurs, le rôle de la méthylation de l'ADN et de l'acétylation des histones, de nombreux modèles ont été suggérés. La découverte de l'implication de CTCF dans la régulation transcriptionnelle de hTERT explique en partie le mécanisme de répression de la télomérase dans la plupart des cellules somatiques et sa réactivation dans les cellules tumorales. Dans les cellules télomérase-positives, l'activité inhibitrice de CTCF est bloquée par un mécanisme dépendent ou non de la méthylation. Dans la plupart des carcinomes, une hyperméthylation de la région 5' de hTERT bloque l'effet inhibiteur de CTCF, alors qu'une petite région hypométhylée permet un faible niveau de transcription du gène. Nous avons démontré que la protéine MBD2 se lie spécifiquement sur la région 5' méthylée de hTERT dans différentes lignées cellulaires et qu'elle est impliquée dans la répression partielle de la transcription de hTERT dans les cellules tumorales méthylées. Par contre, nous avons montré que dans les lymphocytes B normaux et néoplasiques, la régulation de hTERT est indépendante de la méthylation. Dans ces cellules, le facteur PAX5 se lie sur la région 5' de hTERT en aval du site d'initiation de la traduction (ATG). L'expression exogène de PAX5 dans les cellules télomérase-négatives active la transcription de hTERT, alors que la répression de PAX5 dans les cellules lymphomateuses inhibe la transcription du gène. PAX5 est donc directement impliqué dans l'activation de l'expression de hTERT dans les lymphocytes B exprimant la télomérase. Ces résultats révèlent des différences entre les niveaux de méthylation de hTERT dans les cellules de carcinomes et les lymphocytes B exprimant la télomérase. La méthylation de hTERT en tant que biomarqueur de cancer a été évaluée, puis appliquée à la détection de métastases. Nous avons ainsi montré que la méthylation de hTERT est positivement corrélée au diagnostic cytologique dans les liquides céphalorachidiens. Nos résultats conduisent à un modèle de régulation de hTERT, qui aide à comprendre comment la transcription de ce gène est régulée par CTCF, avec un mécanisme lié ou non à la méthylation du gène hTERT. La méthylation de hTERT s'est aussi révélée être un nouveau et prometteur biomarqueur de cancer. SUMMARY Human telomerase is an "immortalizing" enzyme that enables cells to maintain telomere length, allowing unlimited replicative capacity to reproductive and cancer cells. Conversely, normal somatic cells that do not express telomerase have a finite replicative capacity. The catalytic subunit of telomerase, hTERT, is defined as the limiting factor for telomerase activity. Between activators and repressors, and the role of DNA methylation and histone acetylation, an abundance of hTERT regulatory models have been suggested. The discovery of the implication of CTCF in the transcriptional regulation of hTERT in part explained the mechanism of silencing of telomerase in most somatic cells and its reactivation in neoplastic cells. In telomerase-positive cells, the inhibitory activity of CTCF is blocked by methylation-dependent and -independent mechanisms. In most carcinoma cells, hypermethylation of the hTERT 5' region has been shown to block the inhibitory effect of CTCF, while a short hypomethylated region allows a low transcription level of the gene. We have demonstrated that MBD2 protein specifically binds the methylated 5' region of hTERT in different cell lines and is therefore involved in the partial repression of hTERT transcription in methylated tumor cells. In contrast, we have shown that in normal and neoplastic B cells, hTERT regulation is methylation-independent. The PAX5 factor has been shown to bind to the hTERT 5'region downstream of the ATG translational start site. Ectopic expression of PAX5 in telomerase-negative cells or repression of PAX5 expression in B lymphoma cells respectively activated and repressed hTERT transcription. Thus, PAX5 is strongly implicated in hTERT expression activation in telomerase-positive B cells. These results reveal differences between the hTERT methylation patterns in telomerase-positive carcinoma cells and telomerase-positive normal B cells. The potential of hTERT methylation as a cancer biomarker was evaluated and applied to the detection of metastasis. We have shown that hTERT methylation correlates with the cytological diagnosis in cerebrospinal fluids. Our results suggest a model of hTERT gene regulation, which helps us to better understand how hTERT transcription is regulated by CTCF in methylation-dependant and independent mechanisms. Our data also indicate that hTERT methylation is a promising new cancer biomarker.

The role of CTCFL/BORIS in Meiosis

The complexity of mammalian genome organization demands a complex interplay of DNA and proteins to orchestrate proper gene regulation. CTCF, a highly conserved, ubiquitously expressed protein has been postulated as a primary organizer of genome architecture because of its roles in transcriptional activation/repression, insulation and imprinting. Diverse regulatory functions are exerted through genome wide binding via a central eleven zinc finger DNA binding domain and an array of diverse protein-protein interactions through N- and C- terminal domains. CTCFL has been identified as a paralog of CTCF expressed only in spermatogenic cells of the testis. CTCF and CTCFL have a highly homologous DNA-binding domain, while the flanking amino acid sequences exhibit no significant similarity. Genome- wide mapping of CTCF binding sites has been carried out in many cell types, but no data exist for CTCFL apart from a few identified loci. The lack of high quality antibodies prompted us to generate an endogenously flag-tagged CTCFL mouse model using BAC recombination. IHC staining using anti-flag antibodies confirmed CTCFL localization to type Β spermatogonia and preleptotene spermatocytes and a mutually exclusive pattern of expression with CTCF. ChIP followed by high-throughput sequencing identified 10,382 binding sites showing 70% overlap but representing only 20% of CTCF sites. Consensus sequence analysis identified a significantly longer binding motif with prominently less ambiguity of base calling at every position. The significant difference between CTCF and CTCFL genomic binding patterns proposes that their binding to DNA is differentially regulated. Analysis of CTCFL binding to methylated regions on a genome wide scale identified approximately 1,000 loci. Methylation-independent binding of CTCFL might be at least one of the mechanisms that ensures distinct binding patterns of CTCF and CTCFL since CTCF binding is methylation- sensitive. Co-localization of CTCF with cohesin has been well established and analysis of CTCFL and SMC3 overlap identified around 3,300 binding sites from which two related but distinct consensus sequence motifs were derived. Because virtually all data for cohesin binding originate from mitotically proliferating cells, the anticipated overlap is expected to be considerably higher in meiotic cells. Meiosis-specific cohesin subunit Rec8 is specific for spermatocytes and 6 out of the 12 identified binding sites are also bound by CTCFL. In conclusion, this was the first genome-wide mapping of CTCFL binding sites in spermatocytes, the only cell type where CTCF is not expressed. CTCFL has a unique binding site repertoire distinct from CTCF, binds to methylated sequences and shows a significant overlap with cohesin binding sites. Future efforts will be oriented towards deciphering the role CTCFL plays in conversion of chromatin structure and function from mitotic to meiotic chromosomes. - La complexité de l'organisation du génome des mammifères exige une interaction particulière entre ADN et protéines pour orchestrer une régulation appropriée de l'expression des gènes. CTCFL, une protéine ubiquitaire très conservée, serait le principal organisateur de l'architecture du génome de par son rôle dans l'activation / la répression de la transcription, la protection et la localisation des gènes. Diverses régulations sont opérées, d'une part au travers d'interactions à différents endroits du génome par le biais d'un domaine protéique central de liaison à l'ADN à onze doigts de zinc, et d'autre part par des interactions protéine-protéine variées au niveau de leur domaine N- et C-terminal. CTCFL a été identifié comme un paralogue de CTCF exprimé uniquement dans les cellules spermatiques du testicule. CTCFL et CTCF ont un domaine de liaison à l'ADN très homologue, tandis que les séquences d'acides aminés situées de part et d'autre de ce domaine ne présentent aucune similitude. Une cartographie générale des sites de liaison au CTCF a été réalisée pour de nombreux types cellulaires, mais il n'existe aucune donnée pour CTCFL à l'exception de l'identification de quelques loci. L'absence d'anticorps de bonne qualité nous a conduit à générer un modèle murin portant un CTCFL endogène taggué grâce à un procédé de recombinaison BAC. Une coloration IHC à l'aide d'anticorps anti-FLAG a confirmé la présence de CTCFL au niveau des spermatogonies de type Β et des spermatocytes au stade préleptotène, et une distribution mutuellement exclusive avec CTCF. Une méthode de Chromatine Immunoprecipitation (ChIP) suivie d'un séquençage à haut débit a permis d'identifier 10.382 sites de liaison montrant 70% d'homologie mais ne représentant que 20% des sites CTCF. L'analyse de la séquence consensus révèle un motif de fixation à l'ADN nettement plus long et qui comporte bien moins de bases aléatoires à chaque position nucléotidique. La différence significative entre les séquences génomiques des sites de liaison au CTCF et CTCFL suggère que leur fixation à l'ADN est régulée différemment. Appliquée à l'échelle du génome, l'étude de l'interaction de CTCFL avec des régions méthylées de l'ADN a permis d'identifier environ 1.000 loci. Contrairement à CTCFL, la liaison de CTCF dépend de l'état de méthylation de l'ADN ; cette modification épigénétique constitue donc au moins un des mécanismes de régulation expliquant une localisation de CTCF et CTCFL à des sites distincts du génome. La co- localisation de CTCF avec la cohésine étant établie, l'analyse de la superposition des séquences de CTCFL avec la sous-unité SMC3 identifie environ 3.300 sites de liaison parmi lesquels deux mêmes motifs consensus distincts par leur séquence sont mis en évidence. La presque quasi-totalité des données sur la cohésine ayant été établie à partir de cellules en prolifération mitotique, il est probable que la similitude au sein des séquences consensus soit encore plus grande dans le cas des cellules en méiose. La sous-unité Rec8 de la cohésine propre à l'état de méiose est spécifiquement exprimée dans les spermatocytes. Or 6 des 12 sites de liaison identifiés sont également utilisés par CTCFL. Pour conclure, ce travail constitue la première cartographie à l'échelle du génome des sites de liaison de CTCFL dans les spermatocytes, seul type cellulaire où CTCFL n'est pas exprimé. CTCFL possède un répertoire unique de sites de fixation à l'ADN distinct de CTCF, se lie à des séquences méthylées et présente un nombre important de sites de liaison communs avec la cohésine. Les perspectives futures sont d'élucider le rôle de CTCFL dans le remodelage de la structure de la chromatine et de définir sa fonction dans le processus de méiose.

Comprehensive analysis of RET common and rare variant patientsin a series of Spanish Hirschsprung patients confirms a synergistic effect of both kinds of events

Background. RET is the major gene associated to Hirschsprung disease (HSCR) with differential contributions of its rare and common, coding and noncoding mutations to the multifactorial nature of this pathology. In the present study, we have performed a comprehensive study of our HSCR series evaluating the involvement of both RET rare variants (RVs) and common variants (CVs) in the context of the disease. Methods. RET mutational screening was performed by dHPLC and direct sequencing for the identification of RVs. In addition Taqman technology was applied for the genotyping of 3 RET CVs previously associated to HSCR, including a variant lying in an enhancer domain within RET intron 1 (rs2435357). Statistical analyses were performed using the SPSS v.17.0 to analyze the distribution of the variants. Results. Our results confirm the strongest association to HSCR for the "enhancer" variant, and demonstrate a significantly higher impact of it in male versus female patients. Integration of the RET RVs and CVs analysis showed that in 91.66% of cases with both kinds of mutational events, the enhancer allele is in trans with the allele bearing the RET RV. Conclusions. A gender effect exists on both the transmission and distribution of rare coding and common HSCR causing mutations. In addition, these RET CVs and RVs seem to act in a synergistic way leading to HSCR phenotype.

Bulky DNA adducts, 4-aminobiphenyl-haemoglobin adducts and diet in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) prospective study

In contrast to some extensively examined food mutagens, for example, aflatoxins, N-nitrosamines and heterocyclic amines, some other food contaminants, in particular polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and other aromatic compounds, have received less attention. Therefore, exploring the relationships between dietary habits and the levels of biomarkers related to exposure to aromatic compounds is highly relevant. We have investigated in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) cohort the association between dietary items (food groups and nutrients) and aromatic DNA adducts and 4-aminobiphenyl-Hb adducts. Both types of adducts are biomarkers of carcinogen exposure and possibly of cancer risk, and were measured, respectively, in leucocytes and erythrocytes of 1086 (DNA adducts) and 190 (Hb adducts) non-smokers. An inverse, statistically significant, association has been found between DNA adduct levels and dietary fibre intake (P = 0·02), vitamin E (P = 0·04) and alcohol (P = 0·03) but not with other nutrients or food groups. Also, an inverse association between fibre and fruit intake, and BMI and 4-aminobiphenyl-Hb adducts (P = 0·03, 0·04, and 0·03 respectively) was observed. After multivariate regression analysis these inverse correlations remained statistically significant, except for the correlation adducts v. fruit intake. The present study suggests that fibre intake in the usual range can modify the level of DNA or Hb aromatic adducts, but such role seems to be quantitatively modest. Fibres could reduce the formation of DNA adducts in different manners, by diluting potential food mutagens and carcinogens in the gastrointestinal tract, by speeding their transit through the colon and by binding carcinogenic substances.

“Unmixing” Tissue Gene Expression Signatures from Tumor Biopsies

Emergent molecular measurement methods, such as DNA microarray, qRTPCR, andmany others, offer tremendous promise for the personalized treatment of cancer. Thesetechnologies measure the amount of specific proteins, RNA, DNA or other moleculartargets from tumor specimens with the goal of “fingerprinting” individual cancers. Tumorspecimens are heterogeneous; an individual specimen typically contains unknownamounts of multiple tissues types. Thus, the measured molecular concentrations resultfrom an unknown mixture of tissue types, and must be normalized to account for thecomposition of the mixture.For example, a breast tumor biopsy may contain normal, dysplastic and cancerousepithelial cells, as well as stromal components (fatty and connective tissue) and bloodand lymphatic vessels. Our diagnostic interest focuses solely on the dysplastic andcancerous epithelial cells. The remaining tissue components serve to “contaminate”the signal of interest. The proportion of each of the tissue components changes asa function of patient characteristics (e.g., age), and varies spatially across the tumorregion. Because each of the tissue components produces a different molecular signature,and the amount of each tissue type is specimen dependent, we must estimate the tissuecomposition of the specimen, and adjust the molecular signal for this composition.Using the idea of a chemical mass balance, we consider the total measured concentrationsto be a weighted sum of the individual tissue signatures, where weightsare determined by the relative amounts of the different tissue types. We develop acompositional source apportionment model to estimate the relative amounts of tissuecomponents in a tumor specimen. We then use these estimates to infer the tissuespecificconcentrations of key molecular targets for sub-typing individual tumors. Weanticipate these specific measurements will greatly improve our ability to discriminatebetween different classes of tumors, and allow more precise matching of each patient tothe appropriate treatment

Clinical pharmacogenomic testing of KRAS, BRAF and EGFR mutations by high resolution melting analysis and ultra-deep pyrosequencing

BACKGROUND: Epidermal growth factor receptor (EGFR) and its downstream factors KRAS and BRAF are mutated in several types of cancer, affecting the clinical response to EGFR inhibitors. Mutations in the EGFR kinase domain predict sensitivity to the tyrosine kinase inhibitors gefitinib and erlotinib in lung adenocarcinoma, while activating point mutations in KRAS and BRAF confer resistance to the anti-EGFR monoclonal antibody cetuximab in colorectal cancer. The development of new generation methods for systematic mutation screening of these genes will allow more appropriate therapeutic choices. METHODS: We describe a high resolution melting (HRM) assay for mutation detection in EGFR exons 19-21, KRAS codon 12/13 and BRAF V600 using formalin-fixed paraffin-embedded samples. Somatic variation of KRAS exon 2 was also analysed by massively parallel pyrosequencing of amplicons with the GS Junior 454 platform. RESULTS: We tested 120 routine diagnostic specimens from patients with colorectal or lung cancer. Mutations in KRAS, BRAF and EGFR were observed in 41.9%, 13.0% and 11.1% of the overall samples, respectively, being mutually exclusive. For KRAS, six types of substitutions were detected (17 G12D, 9 G13D, 7 G12C, 2 G12A, 2 G12V, 2 G12S), while V600E accounted for all the BRAF activating mutations. Regarding EGFR, two cases showed exon 19 deletions (delE746-A750 and delE746-T751insA) and another two substitutions in exon 21 (one showed L858R with the resistance mutation T590M in exon 20, and the other had P848L mutation). Consistent with earlier reports, our results show that KRAS and BRAF mutation frequencies in colorectal cancer were 44.3% and 13.0%, respectively, while EGFR mutations were detected in 11.1% of the lung cancer specimens. Ultra-deep amplicon pyrosequencing successfully validated the HRM results and allowed detection and quantitation of KRAS somatic mutations. CONCLUSIONS: HRM is a rapid and sensitive method for moderate-throughput cost-effective screening of oncogene mutations in clinical samples. Rather than Sanger sequence validation, next-generation sequencing technology results in more accurate quantitative results in somatic variation and can be achieved at a higher throughput scale.

Radiation induced apoptosis and initial DNA damage are inversely related in locally advanced breast cancer patients.

Background. DNA-damage assays, quantifying the initial number of DNA double-strand breaks induced by radiation, have been proposed as a predictive test for radiation-induced toxicity. Determination of radiation-induced apoptosis in peripheral blood lymphocytes by flow cytometry analysis has also been proposed as an approach for predicting normal tissue responses following radiotherapy. The aim of the present study was to explore the association between initial DNA damage, estimated by the number of double-strand breaks induced by a given radiation dose, and the radio-induced apoptosis rates observed. Methods. Peripheral blood lymphocytes were taken from 26 consecutive patients with locally advanced breast carcinoma. Radiosensitivity of lymphocytes was quantified as the initial number of DNA double-strand breaks induced per Gy and per DNA unit (200 Mbp). Radio-induced apoptosis at 1, 2 and 8 Gy was measured by flow cytometry using annexin V/propidium iodide. Results. Radiation-induced apoptosis increased in order to radiation dose and data fitted to a semi logarithmic mathematical model. A positive correlation was found among radio-induced apoptosis values at different radiation doses: 1, 2 and 8 Gy (p < 0.0001 in all cases). Mean DSB/Gy/DNA unit obtained was 1.70 ± 0.83 (range 0.63-4.08; median, 1.46). A statistically significant inverse correlation was found between initial damage to DNA and radio-induced apoptosis at 1 Gy (p = 0.034). A trend toward 2 Gy (p = 0.057) and 8 Gy (p = 0.067) was observed after 24 hours of incubation. Conclusions. An inverse association was observed for the first time between these variables, both considered as predictive factors to radiation toxicity.

Novel MLPA procedure using self-designed probes allows comprehensive analysis for CNVs of the genes involved in Hirschsprung disease.

Background: Hirschsprung disease is characterized by the absence of intramural ganglion cells in the enteric plexuses, due to a fail during enteric nervous system formation. Hirschsprung has a complex genetic aetiology and mutations in several genes have been related to the disease. There is a clear predominance of missense/nonsense mutations in these genes whereas copy number variations (CNVs) have been seldom described, probably due to the limitations of conventional techniques usually employed for mutational analysis. In this study, we have looked for CNVs in some of the genes related to Hirschsprung (EDNRB, GFRA1, NRTN and PHOX2B) using the Multiple Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA) approach. Methods: CNVs screening was performed in 208 HSCR patients using a self-designed set of MLPA probes, covering the coding region of those genes. Results: A deletion comprising the first 4 exons in GFRA1 gene was detected in 2 sporadic HSCR patients and in silico approaches have shown that the critical translation initiation signal in the mutant gene was abolished. In this study, we have been able to validate the reliability of this technique for CNVs screening in HSCR. Conclusions: The implemented MLPA based technique presented here allows CNV analysis of genes involved in HSCR that have not been not previously evaluated. Our results indicate that CNVs could be implicated in the pathogenesis of HSCR, although they seem to be an uncommon molecular cause of HSCR.

Hypermethylated 14-3-3-sigma and ESR1 gene promoters in serum as candidate biomarkers for the diagnosis and treatment efficacy of breast cancer metastasis

Background: Numerous hypermethylated genes have been reported in breast cancer, and the silencing of these genes plays an important role in carcinogenesis, tumor progression and diagnosis. These hypermethylated promoters are very rarely found in normal breast. It has been suggested that aberrant hypermethylation may be useful as a biomarker, with implications for breast cancer etiology, diagnosis, and management. The relationship between primary neoplasm and metastasis remains largely unknown. There has been no comprehensive comparative study on the clinical usefulness of tumor-associated methylated DNA biomarkers in primary breast carcinoma and metastatic breast carcinoma. The objective of the present study was to investigate the association between clinical extension of breast cancer and methylation status of Estrogen Receptor1 (ESR1) and Stratifin (14-3-3-σ) gene promoters in disease-free and metastatic breast cancer patients. Methods: We studied two cohorts of patients: 77 patients treated for breast cancer with no signs of disease, and 34 patients with metastatic breast cancer. DNA was obtained from serum samples, and promoter methylation status was determined by using DNA bisulfite modification and quantitative methylation-specific PCR. Results: Serum levels of methylated gene promoter 14-3-3-σ significantly differed between Control and Metastatic Breast Cancer groups (P < 0.001), and between Disease-Free and Metastatic Breast Cancer groups (P < 0.001). The ratio of the 14-3-3-σ level before the first chemotherapy cycle to the level just before administration of the second chemotherapy cycle was defined as the Biomarker Response Ratio [BRR]. We calculated BRR values for the "continuous decline" and "rise-and-fall" groups. Subsequent ROC analysis showed a sensitivity of 75% (95% CI: 47.6 - 86.7) and a specificity of 66.7% (95% CI: 41.0 - 86.7) to discriminate between the groups for a cut-off level of BRR = 2.39. The area under the ROC curve (Z = 0.804 ± 0.074) indicates that this test is a good approach to post-treatment prognosis. Conclusions: The relationship of 14-3-3-σ with breast cancer metastasis and progression found in this study suggests a possible application of 14-3-3-σ as a biomarker to screen for metastasis and to follow up patients treated for metastatic breast cancer, monitoring their disease status and treatment response.

Analysis of TNFAIP3, a feedback inhibitor of nuclear factor-κB and the neighbor intergenic 6q23 region in rheumatoid arthritis susceptibility

INTRODUCTION Genome-wide association studies of rheumatoid arthritis (RA) have identified an association of the disease with a 6q23 region devoid of genes. TNFAIP3, an RA candidate gene, flanks this region, and polymorphisms in both the TNFAIP3 gene and the intergenic region are associated with systemic lupus erythematosus. We hypothesized that there is a similar association with RA, including polymorphisms in TNFAIP3 and the intergenic region. METHODS To test this hypothesis, we selected tag-single nucleotide polymorphisms (SNPs) in both loci. They were analyzed in 1,651 patients with RA and 1,619 control individuals of Spanish ancestry. RESULTS Weak evidence of association was found both in the 6q23 intergenic region and in the TNFAIP3 locus. The rs582757 SNP and a common haplotype in the TNFAIP3 locus exhibited association with RA. In the intergenic region, two SNPs were associated, namely rs609438 and rs13207033. The latter was only associated in patients with anti-citrullinated peptide antibodies. Overall, statistical association was best explained by the interdependent contribution of SNPs from the two loci TNFAIP3 and the 6q23 intergenic region. CONCLUSIONS Our data are consistent with the hypothesis that several RA genetic factors exist in the 6q23 region, including polymorphisms in the TNFAIP3 gene, like that previously described for systemic lupus erythematosus.